DE2610463B2

DE2610463B2 - Verfahren zum Übertragen von Wärme oder Kälte und Wärmepumpe zu dessen Durchführung

Info

Publication number: DE2610463B2
Application number: DE2610463A
Authority: DE
Inventors: Manfred R. 8023 Pullach Burger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-01-15
Filing date: 1976-03-12
Publication date: 1978-03-16
Also published as: DE2610463A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Wärme oder Kälte zwischen zwei getrennten Fluidströmen mit Hilfe einer Wärmepumpe, die einen Kältekreislauf mit einem Verdampfer, einem Kornpressor, einem Kondensator und einer Drosselung uinfaL't, dessen Verdampfer und Kondensator mit den getrennten Fluidströmen in Wärmeaustausch gebracht werden können, sowie eine Wärmepumpe zur Durchführung dieses Verfahrens.

Wärmepumpen der eingangs genannten Gattung sind in verschiedenen Ausführungen für Heiz- und Kühlbetrieb bekannt, zum Beispiel durch die US-PS 3 378 062. Im Interesse einer wirtschaftlichen Arbeitsweise einer Wärmepumpe ist es bei der Konstruktion und Auslegung von Wärmepumpen ein wesentlicher Gesichtspunkt, einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erzielen, der sich aus dem Verhältnis von abgegebener Wärme- oder Kälteleistung zu aufgewandter Energie, insbesondere elektrischer Energie ergibt. Bei Kälteanlagen ist es bekannt, den Kältekreislauf hinter dem Kondensator durch ein von außen zugeführtes Kühlmittel zu kühlen. In diesem Zusammenhang ist es ebenfalls bekannt, diese Kühlung in Form eines sogenannten »inneren« Wärmeaustausches durchzuführen, indem der Kaltekreis/auf zwischen Verdampfer und Kompressor in Wärmeaustausch mit dem Kältekreislauf zwischen Kondensator und Drossel gebracht wird. Durch die dadurch hervorgerufene weitere Kühlung des Kältekreislaufes werden die Energievcrluste bei der Drosselung verringert und die im Kühlraum abgegebene Kälteleistung wird entsprechend erhöht (Vgl. Baehr, Thermodynamik, 1973, Seite 313ff.).

In einer älteren Anmeldung der Anmelder (DE-AS 2555 887) ist weiterhin für Wärmepumpen der eingangs genannten Gattung bereits vorgeschlagen worden, zur Verbesserung der Leistungsziffer bei Heizbetrieb den dem Verdampfer zugeführten Fluidstrom vor seinem Eintritt in den Verdampfer in einem Wärmetauscher mit dem Kältekreislauf zwischen Kondensator und Drossel in Wärmeaustausch zu bringen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Wärmepumpen den Wirkungsgrad oder die Leistiingsziffer weiter zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß man bei Heizbetrieb den mit dem Verdampfer in Wärmeaustausch stehenden Fluidstrom nach dem Verlassen des Verdampfers mit dem Kältekreislauf zwischen Kondensator und Drossel in Wärmeaustausch bringt.

Weitere Merkmale der Erfindung und die erfindungsgemäße Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Lösung werden gegenüber dem Stand der Technik insbesondere folgende Vorteile erzielt.

1. Durch die sich zwangsläufig ergebende Abkühlung des Kältemittels vor der Drossel und damit vor dem Verdampfer wird die Enthalpiedifferenz zwischen dem flüssigen Kältemittel vor dem Verdampfer und dem gasförmigen Kältemittel hinter dem Verdampfer beträchtlich, und zwar in der Größenordnung von 40% und darüber erhöht, so daß die der Enthalpicdifferenz entsprechende, von dem Kältemittel in dem Kondensator aus dem Fluidstrom aufgenommene Wärmemenge entsprechend anwächst.

2. Durch die Senkung der Temperatur vor dem Verdampfer wird zugleich die Temperatur hinter dem Verdampfer erniedrigt. Damit sinkt das spezifische Volumen ν des von dem Kompressor zu komprimierenden Kältemittels. Mit der Ver-

ringerung des spezifischen Volumens r des Kältemittels nimmt zugleich die von dem Kompressor zu leistende Kompressionsarbeit ab.

Zu diesen Vorteilen, die sich auch dann ergeben, wenn gemäß dem älteren Vorschlag na'.'h der DE-AS 2555 887 der von außen zugeführtu Fluidstrom vor dem Eintritt in den Verdampfer mit dem Kältekreislauf zwischen Kondensator und Drossel in Wärmeaustausch gebracht wird, tritt hier unmittelbar ein weiterer Vorteil. Dieser Vorteil liegt darin, daß durch ι Erwärmung des zur Außenseite des Gebäudes zurückgeführten Fluidstromes ein auf der Außenseite des Gebäudes vorgesehener Wärmetauscher verkleinert werden kann, wenn nicht unmittelbar die Außenluft als Fluidstrom verwendet wird, sondern ein Zwi- ι seitenträger, beispielsweise eine Sole vorgesehen ist.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.

Der Kältekreislauf umfaßt einen Verdampfer 41, einen Kompressor 42, einen Kondensator 43 und eine Drossel 44. Diese Elemente sind durch Leitungen 47 in der erwähnten Reihenfolge zu einem geschlossenen Kreis miteinander verbunden. Ein Kältemittel durchströmt den Kältekrcislauf ebenfalls in der Reihenfolge der vorstehenden Aufzählung.

Der Verdampfer 41 und der Kondensator 43 sind n dargestellt als Wärmetauscher 50, 51 mit einem Innenrohr, das das Kältemittel aufnimmt und einem dieses konzentrisch umgebenden Außenrohr, das jeweils von dem zugeordneten Fluidstrom durchströmt wird. Der Verdampfer 41 steht bei Heizbetrieb mit einem Wärmepotential außerhalb des zu beheizenden Raumes, beispielsweise Außenluft, über eine Einlaßleitung 75 und eine Alislaßleitung 76 in Wärmeaustausch. In der Auslaßleitung 76 befindet sich eine Pumpe 79. Der Kondensator 43 steht seinerseits über n eine Einlaßleitung 77 und eine Auslaßleitung 78 entweder unmittelbar oder mit Hilfe eines Zwischenträgers mit der zu klimatisierenden Zone in Wärmeaustausch. In der Auslaßleitung 78 befindet sich eine Pumpe 80, die das zum Heizen verwendete Fluid umwälzt.

Obwohl du.· Einlaßleitung 75 unmittelbar in den Verdampfer-Wärmetauscher 50 einmünden kann, ist sie in der dargestellten Ausführungsform über einen

> Wärmetauscher geführt, der in der dargestellten Form als Gegenstromkühler bezeichnet werden kann und mit der Bezugsziffer 207 versehen ist. Ein derartiger Gegenstromkühler 207 wird in der DT-AS 2555HS7 der Anmelder vorgeschlagen. Seine Vorteile weiden

n in der genannten DT-AS ausführlich erläutert und oben zum Teil wiederholt, soweit sie auch für den im folgenden beschriebenen erfindungsgemäßen Wärmetauscher gelten.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist zu-

) sätzlich zu dem Wärmetauscher oder Gegenstromkühler 207 ein weiterer Gegenstromkühler 207' vorgesehen, der sich zwischen dem Kondensator 43 und der Drossel 44 und. sofern der Gegenstromkühler 207 verwendet wird, zwischen diesem und tier Drossel 44

t im Kältekreislauf befindet. Die den Wärmetauscher 50 verlassende Auslaßleilung 76 (ritt nicht unmittelbar zur Außenseite des Gebäudes aus, sondern wird durch den Wärmetauscher oder Gegenstromkühler 207' im Gegenstrom zu dem Källckrcislauf hindurch-

") geführt. Dadurch ergeben sich die oben erwähnten Vorteile.

Die Wärmetauscher 207 und 207' werden nur deshalb als »Gegenstromkühler« bezeichnet, weil sich durch Gegenstromkühlung der intensivste Wänneaustausch ergibt. Selbstverständlich könnten auch andere Wärmetauscherformen verwendet werden, wenn sich dies als zweckmäßig erweist oder eine ausreichende Wirkung ermöglicht. Insbesondere bei Verwendung von Luft als Fluidstrom kann es unter Um-

) ständen konstruktiv nicht zu vertretende Schwierigkeiten bereiten, eine Gegenstromkühlung im engeren Sinne zu verwirklichen. An Stelle eines Gegenstromkühlers kann daher je nach den Voraussetzungen des Einfalles ein anderer geeigneter Wärmetauscher her-

) angezogen werden.

Im übrigen ist es ohne weiteres möglich, die Gegenstromkühler 207 und 207' so in die Leitungen 75 und 76 zu integrieren, daß sie mit Hilfe von geeigneten Umschaltventiien wahlweise zugeschaltet oder überbrückt werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Übertragung von Wärme oder Kälte zwischen zwei getrennten Fluidströmen mit Hilfe einer Wärmepumpe, die einen Kältekreislauf mit einem Verdampfer, einem Kompressor, einem Kondensator und einer Drossel umfaßt, dessen Verdampfer und Kondensator mit den getrennten Fluidströmen in Wärmeaustausch gebracht werden können, dadurch ge ken η ze i c line t, daß man bei Heizbetrieb den mit dem Verdampfer in Wärmeaustausch stehenden Fluidstrom nach Verlassen des Verdampfers mit dem Kältekreislauf zwischen Kondensator und Drossel in Wärmeaustausch bringt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Wärmeaustausch im Gegenstrombetrieb durchführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem man bei Heizbetrieb den dem Verdampfer zugeführten Fluidstrom vor dem Verdampfer mit dem Kältckrcislauf zwischen Kondensator und Drossel in Wärmeaustausch bringt, dadurch gekennzeichnet, daß man den den Verdampfer verlassenden Fluidstrom mit dem Kältekreislauf stromabwärts von der Stelle in Wärmeaustausch bringt, an der der in den Verdampfer eintretende Fluidstrom in Wärmeaustausch mit dem Kältekreislauf gebracht ist.

4. Wärmepumpe zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche T bis 3, mit einem einen Verdampfer, einen Kompressor, einen Kondensator und eine Drossel einschließenden Kältekrcislauf, dessen Verdampfer und Kondensator jeweils mit getrennten Fluidströmen zur Wärme- und Kälteübertragung von einem Fluidstrom auf den anderen in Wärmeaustausch gebracht werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der den Verdampfer (41) verlassende Fluidstrom (76) einen Gcgenstromkühler (207') durchläuft, der in einer Leitung (47) des Kältekrcislaufs zwischen dem Kondensator (43) und der Drossel (44) angeordnet ist.

5. Wärmepumpe nach Anspruch 4, bei der der dem Verdampfer (41) zugeführte Fluidstrom einen Gegenstrom Kühler (207) durchläuft, der in der Leitung (47) des Kältekreislaufs zwischen Kondensator (43) und Drossel (44) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gcgenstromkühler (207') zwischen dem Gegcnstromkühlcr (207) und der Drossel (44) vorgesehen ist.

6. Wärmepumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegcnstromkühler (207, 207') mit der Einlaßleitung (75) und der Auslaßleitung (76) des den Verdampfer (41) einschließenden Wärmetauschers derart verbunden sind, daß sie wahlweise von dem Fluidstrom durchströmt oder umgangen werden können.